Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy điện

LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng, theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, là vô tận. Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang ngày càng trở nên khan hiếm và trở thành vấn đề cấp bách của toàn Thế giới. Đó là bởi vì để có năng lượng hữu ích dùng ở các hộ tiêu thụ, năng lượng sơ cấp cần phải trải qua nhiều công đoạn như khai thác, chế biến, vận chuyển, phân phối,… Các công đoạn này đòi hỏi nhiều chi phí về tài chính, kỹ thuật cũng như các ràng buộc xã hội khác. Hiệu suất biến đổi từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối cùng nói chung là còn thấp.Vì vậy đề ra việc lựa chọn và thực hiện các phương pháp biến đổi từ nguồn năng lượng sơ cấp đến năng lượng cuối cùng để đạt hiệu quả kinh tế cao là một nhu cầu và cũng là nhiệm vụ của con người. Điện năng là một dạng năng lượng không tái tạo. Hệ thống điện là một phần của Hệ thống năng lượng nói chung, bao gồm từ các nhà máy điện, mạng điện,... đến các hộ tiêu thụ điện, trong đó các nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi các dạng năng lượng sơ cấp như: than, dầu, khí đốt, thủy năng, năng lượng Mặt trời,… thành điện năng. Hiện nay ở nước ta lượng điện năng được sản xuất hàng năm bởi các nhà máy nhiệt điện không còn chiếm tỷ trọng lớn như ở những năm 80 của Thế kỷ trước. Tuy nhiên, với thế mạnh về nguồn nhiên liệu như ở nước ta, tính chất phủ phụ tải đáy của nhà máy nhiệt điện… thì việc hiện đại hóa và xây mới các nhà máy nhiệt điện vẫn đang là một nhu cầu lớn đối với giai đoạn phát triển hiện nay. Vì vậy, thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và tính toán chế độ vận hành tối ưu của nhà máy điện không chỉ là nhiệm vụ mà còn là sự củng cố khá toàn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành Hệ thống điện trước khi xâm nhập vào thực tế công việc. Với yêu cầu như vậy, Đồ án môn học Thiết kế Nhà máy điện được hoàn thành gồm bản thuyết minh này kèm theo các bản vẽ phần nhà máy nhiệt điện và phần chuyên đề. Bản thuyết minh gồm 6 chương trình bày toàn bộ quá trình từ chọn máy phát điện, tính toán công suất phụ tải các cấp điện áp, cân bằng công suất toàn nhà máy, đề xuất các phương án nối điện, tính toán kinh tế- kỹ thuật, so sánh để chọn phương án tối ưu đến chọn khí cụ điện cho phương án được lựa chọn. Phần này có kèm theo 1 bản vẽ A1. MỤC LỤC Trang Chương I. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3 1.1. Chọn máy phát điện 3 1.2. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất 3 Chương II. Lựa chọn sơ đồ nối điện của nhà máy 10 2.1. Đề xuất các phương án 10 2.2. Chọn máy biến áp cho các phương án 15 2.3. Kiểm tra khả năng mang tải của các máy biến áp 18 2.4. Tính tổn thất điện năng trong các máy biến áp 25 2.5. Tính dòng điện làm việc cưỡng bức của các mạch 29 Chương III. Tính dòng điện ngắn mạch 39 3.1. Chọn các đại lượng cơ bản 39 3.2. Tính các dòng điện ngắn mạch cho phương án 1 39 3.3. Tính các dòng điện ngắn mạch cho phương án 2 55 Chương IV. So sánh kinh tế- kỹ thuật các phương án, lựa chọn phương án tối ưu 71 4.1. Chọn máy cắt điện 71 4.2. Tính toán kinh tế, chọn phương án tối ưu 77 Chương V. Lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn 85 5.1. Chọn thanh dẫn, thanh góp 85 5.2. Chọn máy cắt, dao cách ly 93 5.3. Chọn máy biến điện áp và máy biến dòng điện 94 5.4. Chọn các thiết bị cho phụ tải địa phương 100 Chương VI. Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng 106 6.1. Chọn máy biến áp tự dùng cấp I 106 6.2. Chọn máy biến áp dự trữ cấp I 107 6.3. Chọn máy biến áp tự dùng cấp II 108 6.4. Chọn máy biến áp dự trữ cấp II 108 6.5. Chọn máy cắt phía mạch tự dùng cấp 10 kV 108 6.6. Chọn máy cắt phía mạch 6.3 kV 109 6.7. Chọn ap-to-mat cho phụ tải tự dùng cấp 0.4 kV 109 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Điện năng tiêu thụ tại các hộ tiêu thụ điện luôn luôn thay đổi theo thời gian. Do vậy người ta phải dùng các phương pháp thống kê dự báo lập nên đồ thị phụ tải từ đó lựa chọn phương thức vận hành, chọn sơ đồ nối điện chính hợp lý đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Người thiết kế căn cứ vào đồ thị phụ tải để xác định công suất và dòng điện đi qua các thiết bị để tiến hành lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, sơ đồ nối điện hợp lý. 1.1.CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN Nhà máy điện gồm 4 máy phát, công suất mỗi máy là 50 MW, hệ số công suất cosφ= 0.8. Công suất biểu kiến định mức của mỗi máy là: SđmF= MVA. Chọn các máy phát điện tua-bin hơi cùng loại, điện áp định mức 10.5 kV.Tra Phụ lục II, trang 99, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp”(Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004). Chọn 4 máy phát điện loại TBФ-50-3600 do CHLB Nga chế tạo, các tham số chính của máy phát được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 1.1. Các tham số chính của máy phát điện Loại máy phát Các thông số ở chế độ định mức Điện kháng tương đối n, v/ph S, MVA P, MW U, kV cosφ Iđm, kA Xd” Xd’ Xd TBФ-50-3600 3000 62.5 50 10.5 0.8 5.73 0.1336 0.1786 1.4036 1.2. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1.2.1. Tính toán phụ tải cấp điện áp máy phát (10.5 kV) Phụ tải cấp điện áp máy phát: PUFmax= 17.6 MW; cosφ= 0.8 → SUFmax= MVA. Áp dụng các công thức: , MW , MVA Trong đó: Pmax : công suất tác dụng của phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại, MW P(t) : công suất tác dụng của phụ tải tại thời điểm t, MW S(t) : công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t, MVA cosφ : hệ số công suất của phụ tải. Sẽ tính được công suất của phụ tải ở các khoảng thời gian khác nhau trong ngày. Bảng 1.2. Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát Thời gian, (h) 0-6 6-10 10-14 14-18 18-24 Công suất P, (%) 70 80 100 85 65 P, (MW) 12.32 14.08 17.6 14.96 11.44 S, (MVA) 15.4 17.6 22 18.7 14.3 Từ đó vẽ được biểu đồ phụ tải. Hình 1.1. Đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát 1.2.2. Tính toán phụ tải cấp điện áp trung (110 kV) Phụ tải cấp điện áp trung: PUTmax= 85 MW, cosφ= 0.8 → SUTmax= MVA Tính toán tương tự như với cấp điện áp máy phát. Các số liệu tính toán được cho trong bảng sau. Bảng 1.3. Công suất phụ tải cấp điện áp trung Thời gian, (h) 0-4 4-10 10-14 14-18 18-24 Công suất P, (%) 80 90 80 100 75 P, (MW) 68 76.5 68 85 63.75 S, (MVA) 85 95.625 85 106.25 79.6875 Hình 1.2. Đồ thị phụ tải cấp điện áp trung 1.2.3. Tính toán công suất phát của nhà máy điện Nhà máy gồm 4 máy phát, mỗi máy có công suất định mức PFđm = 50 MW. Công suất đặt của toàn nhà máy là: PNMmax = 450= 200 MW. Công suất phát của Nhà máy điện được tính theo công thức: , MW , MVA PNMmax = 200 MW;Cosj = 0.8 ; SNMmax= MVA Tõ b¶ng sè liÖu biÕn thiªn phô t¶i toµn nhµ m¸y, ¸p dông c«ng thøc trªn tÝnh cho tõng kho¶ng thêi gian ta cã b¶ng biÕn thiªn c«ng suÊt ph¸t cña nhµ m¸y. Bảng 1.4. Công suất phát của nhà máy Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Công suất P, (%) 70 85 95 100 75 P, (MW) 140 170 190 200 150 S, (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5 Hình 1.3. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy 1.2.4. Tính toán công suất tự dùng của nhà máy §iÖn tù dïng nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn thiÕt kÕ chiÕm 8% c«ng suÊt ®Þnh møc cña nhµ m¸y. Phô t¶i tù dïng cña nhµ m¸y t¹i c¸c thêi ®iÓm ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Std(t) = Trong đó : · a - số phấn trăm lượng điện tự dùng , a =8% Cosjtd = 0.8. · Std(t) : công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t, MVA. · SNM(t) : công suất nhà máy phát ra tại thời điểm t, MVA. 0.4 - l­îng phô t¶i tù dïng kh«ng phô thuéc c«ng suÊt ph¸t. 0.6 - l­îng phô t¶i tù dïng phô thuéc c«ng suÊt ph¸t. Tõ sè liÖu vÒ c«ng suÊt ph¸t cña nhµ m¸y ¸p dông c«ng thøc(1.4) ta cã b¶ng biÕn thiªn c«ng suÊt tù dïng vµ ®å thÞ phô t¶i tù dïng. Bảng 1.5. Công suất tự dùng của nhà máy Thời gian, (h) 0 - 8 8 - 12 12 - 14 14 - 20 20 - 24 Công suất SNM(t) , (%) 70 85 95 100 75 SNM(t) , (MVA) 175 212.5 237.5 250 187.5 Std(t) , (MVA) 16.4 18.2 19.4 20 17 Hình 1.4. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy 1.2.5. Công suất phát về hệ thống điện. C«ng suÊt cña nhµ m¸y ph¸t vÒ hÖ thèng t¹i thêi ®iÓm t ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: SVHT(t) = SNM(t) – [Std(t) + SUF(t) + SUT(t)] Trong đó: SVHT(t) – Công suất nhà máy phát về hệ thống tại thời điểm t, MVA Sau khi tính được công suất phát về hệ thống, lập được bảng cân bằng công suất toàn nhà máy. Bảng 1.5. Bảng cân bằng công suất toàn nhà máy Thời gian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SNM(t), (MVA) 175 175 175 212.5 212.5 237.5 250 250 187.5 SUF(t), (MVA) 15.4 15.4 17.6 17.6 22 22 18.7 14.3 14.3 SUT(t), (MVA) 85 95.625 95.625 95.625 85 85 106.25 79.6875 79.6875 Std(t), (MVA) 16.4 16.4 16.4 18.2 18.2 19.4 20 20 17 SVHT(t), ( MVA) 58.2 47.575 45.375 81.075 87.3 111.1 105.05 136.0125 76.5125 Hình 1.5. Đồ thị phụ tải toàn nhà máy NHẬN XÉT: Phụ tải cấp điện áp maý phát và tự dùng khá nhỏ (SUFmax=22 MVA, SUFmin=14.3 MVA), phụ tải cấp điện áp trung khá lớn (SUTmax=106.25 MVA,SUTmin=79.6875 MVA), tuy nhiên nhà máy vẫn đáp ứng đủ công suất yêu cầu. Phụ tải các cấp điện áp máy phát và điện áp trung đều là các phụ tải loại 1, được cung cấp điện bằng các đường dây kép. Công suất của hệ thống (không kể nhà máy đang thiết kế) là 2400 MVA, dự trữ công suất của hệ thống là 15% tức là 360 MVA, giá trị này lớn hơn công suất cực đại mà nhà máy có thể phát về hệ thống SVHTmax=136.0125 MVA nên trong trường hợp sự cố hỏng 1 hoặc vàitổ máy phát thì hệ thống vẫn cung cấp đủ cho phụ tải của nhà máy. Công suất phát của nhà máy vào hệ thống tương đối nhỏ so với tổng công suất của toàn hệ thống Þ nhà máy chỉ có thể chạy vận hành nền và không có khả năng điều chỉnh chất lượng điện năng cho hệ thống. Khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy không cao.Ta tiếp tục duy trì vận hành đúng chỉ tiêu kinh tế – kĩ thuật trong tương lai để đáp ứng một phần nhu cầu điện năng của địa phương và phát lên hệ thống. CHƯƠNG II LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY 2.1. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN Đây là một khâu quan trọng trong thiết kế nhà máy. Các phương án phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải, đồng thời thể hiện được tính khả thi và có hiệu quả kinh tế cao. Theo kết quả tính toán chương I Phụ tải cấp điện áp máy phát : SUFmax = 22 MVA. SUFmin = 14.3 MVA. Phụ tải trung áp: SUTmax = 106.25 MVA. SUTmin = 79.6875 MVA. Phụ tải phát về hệ thống : SVHTmax = 136.0125 MVA. SVHTmin = 45.375 MVA. Công suất định mức 1 máy phát : SFđm= 62.5MVA Phụ tải điện tự dùng: Stdmax=20 MVA Dự trữ của hệ thống : SdtHT=360 MVA Nhận thấy: Phụ tải cấp điện áp máy phát: SUFmax = 22 MVA, MVA = 17.6% >15% SFđm . Vì vậy phải có thanh góp cấp điện áp máy phát (TG UF). SUFmax = 22 MVA, Std1MF =MVA. Nếu ghép 2 máy phát vào thanh góp UF: Công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát là 10 MVA → công suất yêu cầu trên thanh góp UF là 22+10= 32 MVA. Nếu ghép 3 máy phát vào thanh góp UF: Công suất tự dùng cực đại của 3 máy phát là 15MVA → công suất yêu cầu trên thanh góp UF là 22+15= 37 MVA. Trong cả 2 trường hợp này, khi 1 máy phát bị sự cố thì các máy phát còn lại đều đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải tự dùng. Như vậy về lý thuyết ta có thể ghép 2 hoặc 3 máy phát lên thanh góp UF. Cấp điện áp cao UC= 220 kV Cấp điện áp trung UT= 110 kV Trung tính của cấp điện áp cao 220 kV và trung áp 110 kV đều được trực tiếp nối đất, hệ số có lợi:. Vậy nên dùng hai máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc giữa các cấp điện áp. Phụ tải cấp điện áp trung: SUTmax = 106.25 MVA. SUTmin = 79.6875 MVA. Công suất định mức của 1 máy phát : SFđm= 62.5 MVA → Có thể ghép 1- 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây lên thanh góp 110 kV và cho các máy phát này vận hành bằng phẳng. Công suất phát về hệ thống : SVHTmax = 136.0125 MVA. SVHTmin = 45.375 MVA. → Có thể ghép 2-3 máy phát lên thanh góp cao áp. Dự trữ công suất hệ thống: SdtHT= 15%2400= 360 MVA. Công suất của bộ 2 máy phát là : Sbộ= 2(62.5-5)= 115 MVA. Như vậy về nguyên tắc có thể ghép chung bộ 2 máy phát với máy biến áp 2 cuộn dây. Từ các nhận xét trên vạch ra các phương án nối điện cho nhà máy thiết kế: 2.1.1. Phương án 1 Hình 2.1. Sơ đồ nối điện phương án1 Trong phương án này dùng 2 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện cho thanh góp điện áp trung 110 kV, 2 máy phát còn lại được nối với các phân đoạn của thanh góp UF. Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp và phát điện lên hệ thống. Kháng điện nối giữa các phân đoạn của thanh góp điện áp máy phát để hạn chế dòng ngắn mạch khá lớn khi xảy ra ngắn mạch trên phân đoạn của thanh góp. Điện tự dùng được trích đều từ đầu cực máy phát và trên thanh góp cấp điện áp máy phát. Ưu điểm của phương án này là đơn giản trong vận hành, ®¶m b¶o cung cÊp ®iÖn liên tục cho c¸c phô t¶i ë c¸c cÊp ®iÖn ¸p, hai m¸y biÕn ¸p tù ngÉu cã dung l­îng nhá, số lượng các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư. Công suất của các bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây ở phía điện áp trung gần bằng phụ tải cấp điện áp này nên công suất truyền tải qua cuộn dây trung áp của máy biến áp liên lạc rất nhỏ do đó giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí vận hành. 2.1.2. Phương án 2 Trong phương án này dùng 1 bộ máy phát - máy biến áp 2 cuộn dây cấp điện cho thanh góp 110 kV, 3 máy phát còn lại được nối với thanh góp UF. Để hạn chế dòng ngắn mạch lớn sử dụng 2 kháng điện nối các phân đoạn của thanh góp cấp điện áp máy phát. Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu để liên lạc giữa các cấp điện áp và phát điện lên hệ thống. Ưu điểm của phương án này là số lượng máy biến áp và các thiết bị điện cao áp ít nên giảm giá thành đầu tư. Máy biến áp tự ngẫu vừa làm nhiệm vụ liên lạc giữa các cấp điện áp vừa làm nhiệm vụ tải công suất của các máy phát tương ứng lên các cấp điện áp cao và trung nên giảm được tổn thất điện năng làm giảm chi phí vận hành. Máy phát cấp điện cho phụ tải cấp điện áp trung vận hành bằng phẳng, công suất truyền qua cuộn trung của máy biến áp liên lạc khá ít. Nhược điểm của phương án này là khi có ngắn mạch trên thanh góp UF thì dòng ngắn mạch khá lớn, khi hỏng 1 máy biến áp liên lạc thì máy còn lại với khả năng quá tải phải tải công suất tương đối lớn nên phải chọn máy biến áp tự ngẫu có dung lượng lớn. 2.1.2. Phương án 3 Hình 2.3. Sơ đồ nối điện phương án 3 Trong phương án này dùng 2 máy biến áp tự ngẫu làm liên lạc, 1 bộ máy phát- máy biến áp ghép bộ bên phía điện áp cao 220 kV, 1 bộ bên phía điện áp trung 110 kV, 2 phân đoạn thanh góp, phụ tải địa phương lấy từ hai phân đoạn thanh góp, tự dùng lấy trên phân đoạn thanh góp và đầu cực máy phát nối bộ. Ưu điểm là cấp điện liên tục cho phụ tải các cấp điện áp, phân bố công suất giữa các cấp điện áp khá đồng đều. Nhược điểm của phương án là phải dùng 3 loại máy biến áp khác nhau gây khó khăn cho việc lựa chọn các thiết bị điện và vận hành sau này, công suất phát về hệ thống ở chế độ cực tiểu nhỏ hơn nhiều so với công suất của 1 máy phát nên lượng công suất thừa phải truyền tải 2 lần qua các máy biến áp làm tăng tổn hao điện năng. Ngoài ra máy biến áp và các thiết bị điện ở cấp điện áp cao có giá thành cao hơn nhiều so với ở cấp điện áp trung nên làm tăng chi phí đầu tư. 2.1.4. Phương án 4 Hình 2.4. Sơ đồ nối điện phương án 4 Phương án này ghép bộ 2 máy phát với 1 máy biến áp 2 cuộn dây để cấp điện cho phụ tải trung áp. Ưu điểm của phương án này là giảm được 1 máy biến áp nhưng nhược điểm rất lớn là khi có ngắn mạch thì dòng ngắn mạch lớn, khi máy biến áp 2 cuộn dây hỏng thì cả bộ hai máy phát không phát được công suất cho phụ tải trung áp nên độ tin cậy cung cấp điện không cao bằng các phương án trên. Từ phân tích sơ bộ các ưu nhược điểm của các phương án đã đề xuất, nhận thấy các phương án 1, 2 có nhiều ưu việt hơn hẳn các phương án còn lại nên sử dụng các phương án 1 và 2 để tính toán cụ thể nhằm lựa chọn phương án tối ưu. 2.2. CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO CÁC PHƯƠNG ÁN Để tiết kiệm chi phí đầu tư, các máy biến áp nối bộ máy phát -máy biến áp không cần phải dùng loại có điều áp dưới tải vì các máy phát này vận hành bằng phẳng, khi cần điều chỉnh điện áp chỉ cần điều chỉnh dòng kích từ của máy phát nối bộ là đủ. Các máy biến áp tự ngẫu dùng làm liên lạc là loại có điều áp dưới tải vì phụ tải của chúng thay đổi gồ ghề, trong các chế độ vận hành khác nhau phụ tải thay đổi nhiều nên nêú chỉ điều chỉnh dòng kích từ của máy phát thì vẫn không đảm bảo được chất lượng điện năng. 2.2.1. Chọn máy biến áp cho phương án 1 Chän m¸y biÕn ¸p nèi bé ba pha hai d©y quÊn Sơ đồ: Hình 2.5. Các máy biến áp cho phương án 1 §èi víi m¸y biÕn ¸p ghÐp bé th× ®iÒu kiÖn chän m¸y biÕn ¸p lµ: SB®m³ S F®m = 62.5 MVA Tra phô lôc III.4, trang 154, sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” (Nguyễn Hữu Khái, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004), chän hai m¸y biÕn ¸p B1, B2 cã SB®m=80 MVA. C¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p đ­îc tæng hîp trong b¶ng 2.1. Chän m¸y biÕn ¸p liên lạc Chọn 2 máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu có các cấp điện áp 220/110/10 kV. Điều kiện chọn máy biến áp máy biến áp tự ngẫu STNđm ³ Sthừa Trong đó : a : là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu, a = 0.5 Sthừa : là công suất thừa trên thanh góp UF. Sthừa= 2.SFđm – (SUFmin + ) SFđm: là công suất định mức của máy phát SUFmin: công suất của phụ tải điện áp máy phát trong chế độ cực tiểu. : công suất tự dùng cực đại của 2 máy phát. Ta có: Sthừa = 262.5 – (14.3 + ) = 100.7 MVA . → STNđm ³ Sthừa = 100.7 MVA Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có công suất STNđm = 125 MVA. Các thông số kỹ thuật chính của các máy biến áp được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 2.1. Các thông số cơ bản của các máy biến áp cho phương án 1 CÊp ®iÖn ¸p, kV Lo¹i S®m MVA §iÖn ¸p cuén d©y, kV Tæn thÊt c«ng suÊt, kW UN % Io % Gi¸, 103R C T H Po PN C-T C-H T-H A C-T C-H T-H 110 Тдц 80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 91 220 ATдцтH 125 230 121 11 75 290 145 145 11 32 20 0.5 185 2.2.1. Chọn máy biến áp cho phương án 2 Hình 2.6. Các máy biến áp cho phương án 2 Chän m¸y biÕn ¸p nèi bé ba pha hai d©y quÊn Máy biến áp bộ hoàn toàn như của phương án 1. Chän m¸y biÕn ¸p liên lạc Chọn 2 máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu có các cấp điện áp 220/110/10 kV. Sthừa = 362.5 – (14.3 + ) = 158.2 MVA MVA. Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu có công suất STNđm = 160 MVA. Các thông số kỹ thuật chính của máy biến áp tự ngẫu được tổng hợp trong bảng sau. Bảng 2.2. Các thông số cơ bản của các máy biến áp cho phương án 2 CÊp ®iÖn ¸p, kV Lo¹i S®m MVA §iÖn ¸p cuén d©y, kV Tæn thÊt c«ng suÊt, kW UN % Io % Gi¸, 103R C T H Po PN C-T C-H T-H A C-T C-H T-H 110 Тдц 80 115 - 10.5 70 - 310 - - 10.5 - 0.55 91 220 ATдцтH 160 230 121 11 85 380 190 190 11 32 20 0.5 200 2.3. KIỂM TRA KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 2.3.1. Phương án 1 Tính phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp Quy ước chiều dương của dòng công suất là chiều đi từ máy phát lên thanh góp đối với máy biến áp hai cuộn dây và đi từ cuộn hạ lên phía cao và trung, từ phía trung lên phía cao đối với máy biến áp liên lạc. Với máy biến áp hai dây quấn Trong vận hành luôn cho vận hành bằng phẳng với công suất định mức của chúng. Dòng công suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là: SB1 = SB2 =SFđm - = 62.5-= 57.5< SBđm= 62.5 MVA. Với máy biến áp liên lạc Dòng công suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo công thức: ST(t) = . SC(t) = SH(t) = SCT(t) + SCC(t). Trong đó: SC(t), ST(t) , SH(t): Công suất tả iqua phía cao, trung, hạ của một máy biến áp tự ngẫu tại thời điểm t SUT(t), SVHT(t): Công suất của phụ tải cấp điện áp trung và công suất phát về hệ thống tại thời điểm t. Công suất mẫu của máy biến áp tự ngẫu là: Stt= a.STNđm= 0.5125= 62.5 MVA. Dùa vµo tÝnh to¸n c©n b»ng c«ng suÊt cña ch­¬ng I, tÝnh theo tõng kho¶ng thêi gian t ta cã b¶ng kÕt qu¶ ph©n bè dßng c«ng suÊt qua c¸c phía cña c¸c m¸y biÕn ¸p nh­ sau. Bảng 2.3. Bảng phân bố công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong chế độ làm việc bình thường (phương án 1) Thờigian, h 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SC(t), MVA 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 ST(t), MVA -15 -9.6875 -9.6875 -9.6875 -15 -15 -4.375 -17.65625 -17.65625 SH(t), MVA 14.1 14.1 13 30.85 28.65 40.55 48.15 50.35 20.6 Từ bảng tổng hợp số liệu có thể thấy trong chế độ làm việc bình thường tất cả các máy biến áp đều hoạt động non tải. Xét các trường hợp sự cố Xét 2 tình huống sự cố hỏng máy biến áp nặng nề nhất là khi ở cấp điện áp trung có phụ tải cực đại. Trong chế độ này, theo tính toán ở chương I: SUTmax=106.25 MVA, SVHT= 105.05 MVA, SUF = 18.7 MVA, Std= 20 MVA Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp Sơ đồ: Trong trưòng hợp có sự cố hỏng 1 máy biến áp, để duy trì công suất thì cho các tổ máy còn lại được vận hành với công suất định mức. Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là: 2KqtSCα.STNđm+ Sbộ ≥ SUTmax Trong ®ã: KqtSC : HÖ sè qu¸ t¶i sù cè cho phÐp; KqtSC= 1.4 Sbộ: C«ng suÊt truyền qua máy biến áp bộ còn lại. Sbộ=57.5 MVA. Thay sè vào: 2KqtSCα.STNđm+Sbộ = 21.40,5125+ 57.5 = 232.5 MVA > SUTmax =106.25 MVA VËy ®iÒu kiÖn trªn ®­îc tho¶ m·n. Phân bố công suất: Công suất qua máy biến áp bộ B2: Sbộ= SFđm - = 62.5-= 57.5 MVA Công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu: ST = (SUTmax-Sbộ)= 0.5(106.25-57.5)= 24.375 MVA SH = min{Shạphát , Shạtải} Trong đó: Shạphát :công suất mà các máy phát có thể phát lên cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu, được xác định theo biểu thức: Shạphát =- SUF- , n- là tổng số máy phát của nhà máy, n1- là số máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát. Shạtải :công suất cực đại mà cuộn hạ của máy biến áp tự ngẫu có thể tải được trong chế độ sự cố, được xác định theo biểu thức: Shạtải = KqtSCα.STNđm Trong trường hợp này n= 4, n1= 2→ Shạphát= SFđm- SUF- = 62.5- 18.7- 20= 48.15 MVA Shạtải= 1.40.5125= 87.5 MVA Vì vậy công suất qua cuộn hạ là: Shạ = SH = min{48.15 ,87.5}= 48.15 MVA SC = SH - ST= 48.15- 24.375= 23.775 MVA Trong chế độ sự cố này đối với máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ cuộn hạ lên cuộn cao và cuộn trung→ trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải công suất lớn nhất. Shạ = SH = 48.15 MVA<Stt= α.STNđm= 0.5125= 62.5 MVA Tức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải. Công suất thiếu: Sthiếu= SVHT- 2SCC= 105.05- 2*23.775= 57.5 MVA Sthiếu= 57.5 MVA< SdtHT = 360 MVA. Như vậy khi một trong hai máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp còn lại không bị quá tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống. Hỏng 1 máy biến áp liên lạc Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là: KqtSCα.STNđm+ 2Sbộ ≥ SUTmax Thay sè vào: KqtSCα.STNđm+2Sbộ =1.40,5125+257.5=202.5MVA >SUTmax=106.25 MVA VËy ®iÒu kiÖn trªn ®­îc tho¶ m·n. Phân bố công suất: Công suất qua mỗi máy biến áp bộ: Sbộ= SFđm - = 62.5-= 57.5 MVA Công suất qua các phía của máy biến áp tự ngẫu còn lại: ST = SUTmax-2Sbộ= 106.25-2*57.5= -8.75 MVA SH = min{Shạphát , Shạtải} Shạphát= 2SFđm- SUF- = 262.5- 18.7- 20= 96.3 MVA Shạtải= 1.40.5125= 87.5 MVA → SH= min{96.3 , 87.5}= 87.5 MVA SC = SH - ST =87.5- (-8.75)= 96.25 MVA Trong chế độ sự cố này , các máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía hạ và trung lên phía cao của nó, công suất làm việc của máy biến áp bị giới hạn bởi phía hạ áp và phía cao áp tức là bị giới hạn bởi khả năng tải của cuộn hạ và cuộn nối tiếp. Công suất của cuộn nối tiếp là: Snt= MVA < Stt= α.STNđm = 62.5 MVA Công suất của cuộn hạ là: Shạ= SH= 87.5 MVA Trong 3 cuộn dây thì công suất qua cuộn hạ: Shạ= 87.5 MVA> Stt= α.STNđm= 0.5125= 62.5 MVA Tức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quá tải: KqtSC= 1.4= KqtSC cp Như vậy trong chế độ truyền tải này máy biến áp tự ngẫu bị quá tải trong giới hạn cho phép. Công suất thiếu: Sthiếu= SVHT- SCC= 105.05- 96.25= 8.8 MVA Kết luận: Khi một trong các máy biến bộ hư hỏng thì các máy biến áp còn lại không bị quá tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 57.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống. Nếu 1 máy biến áp liên lạc bị sự cố thì máy còn lại bị quá tải với hệ số quá tải KqtSC= 1.4= KqtSC cp . Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu =8.8 MVA là không đáng kể. Như vậy các máy biến áp đã lựa chọn lµm viÖc tèt trong ®iÒu kiÖn b×nh th­êng còng nh­ sù cè. 2.3.2. Phương án 2 Tính phân bố công suất cho các cuộn dây của các máy biến áp Với máy biến áp hai dây quấn Trong vận hành cho vận hành bằng phẳng với công suất định mức của chúng. Dòng công suất phân bố trên các cuộn dây của máy biến áp bộ là: Sbộ =SFđm - = 62.5-= 57.5< SBđm= 62.5 MVA. Với máy biến áp liên lạc Dòng công suất qua các phía của máy biến áp liên lạc được xác định theo công thức: ST(t) = . SC(t) = SH(t) = SCT(t) + SCC(t). Dùa vµo tÝnh to¸n c©n b»ng c«ng suÊt cña ch­¬ng 1, tÝnh theo tõng kho¶ng thêi gian t ta cã b¶ng kÕt qu¶ ph©n bè dßng c«ng suÊt qua c¸c phía cña c¸c m¸y biÕn ¸p nh­ sau. Bảng 2.4. Bảng phân bố công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu trong chế độ làm việc bình thường Thờigian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SC(t), (MVA) 13.75 19.0625 19.0625 19.0625 13.75 13.75 24.375 11.09375 11.09375 ST(t), (MVA) 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 SH(t), (MVA) 42.85 42.85 41.75 59.6 57.4 69.3 76.9 79.1 49.35 Xét các trường hợp sự cố Xét 2 tình huống sự cố hỏng máy biến áp nặng nề nhất là khi ở cấp điện áp trung có phụ tải cực đại. Trong chế độ này, theo tính toán ở chương I: SUTmax=106.25 MVA, SVHT= 105.05 MVA, SUF = 18.7 MVA, Std= 20 MVA. Hỏng 1 máy biến áp hai dây quấn bên trung áp Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là: 2KqtSC .αSTNđm≥ SUTmax Thay sè vào: 2KqtSC .αSTNđm= 21.40,5160= 224 MVA > SUTmax =106.25 MVA VËy ®iÒu kiÖn trªn ®­îc tho¶ m·n Phân bố công suất: Công suất qua các phía của mỗi máy biến áp tự ngẫu: ST = SUTmax= 0.5106.25= 53.125 MVA SH = SFđm - 69.4 MVA SC = SH - ST= 69.4- 53.125= 16.275 MVA Như vậy trong chế độ sự cố này, các máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía hạ lên phía cao và trung của nó → trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải công suất lớn nhất. Shạ= SH = 69.4 MVA< Stt= α.STNđm= 0.5160= 80 MVA Tức là máy biến áp tự ngẫu vẫn làm việc non tải Công suất thiếu: Sthiếu= SVHT- 2SCC= 105.05- 216.275= 72.5 MVA Sthiếu= 72.5 MVA< SdtHT = 360 MVA. Như vậy khi một trong hai máy biến áp bộ bị hư hỏng thì các máy biến áp liên lạc vẫn làmviệc non tải. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 72.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống. Hỏng 1 máy biến áp liên lạc Điều kiện kiểm tra quá tải máy biến áp tự ngẫu là: KqtSC .αSTNđm+Sbộ≥ SUTmax Thay sè vào: 1.40,5160+57.5= 169.5 MVA > 106.25 MVA VËy ®iÒu kiÖn trªn ®­îc tho¶ m·n. Phân bố công suất: Công suất qua máy biến áp bộ: Sbộ= SFđm - = 62.5-= 57.5 MVA Công suất qua phía của máy biến áp tự ngẫu còn lại: ST = SUTmax-Sbộ= 106.25-57.5= 48.75 MVA SH = min{Shạphát , Shạtải} Shạphát =- SUF- Shạtải = KqtSCα.STNđm Trong trường hợp này n= 4, n1= 3→ Shạphát= SFđm- SUF- = 362.5- 18.7- 20= 153.8 MVA Shạtải= 1.40.5160= 112 MVA Vì vậy công suất qua cuộn hạ là: Shạ = SH = min{153.8 ,112}= 112 MVA SC = SH - ST= 112- 48.75= 63.25 MVA Trong chế độ sự cố này đối với máy biến áp tự ngẫu công suất truyền từ phía hạ lên phía cao và trung→ trong 3 cuộn: chung, nối tiếp và hạ thì cuộn hạ tải công suất lớn nhất. Shạ = SH = 112 MVA>Stt= α.STNđm= 0.5160= 80 MVA Tức là máy biến áp tự ngẫu làm việc quá tải với hệ số quá tải: KqtSC= 1.4= KqtSC cp Công suất thiếu: Sthiếu= SVHT- SCC= 105.05- 63.25= 41.8 MVA Sthiếu= 41.8 MVA< SdtHT = 360 MVA. Kết luận: Khi máy biến bộ hư hỏng thì các máy biến áp liên lạc không bị quá tải. Phụ tải cấp điện áp trung vẫn không bị ảnh hưởng. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu= 72.5 MVA nhỏ hơn nhiều so với dự trữ quay của hệ thống. Nếu 1 máy biến áp liên lạc bị sự cố thì máy còn lại bị quá tải với hệ số quá tải trong giới hạn ho phép. Công suất phát về hệ thống bị thiếu một lượng Sthiếu =41.8 MVA< SdtHT = 360 MVA. Như vậy các máy biến áp đã lựa chọn lµm viÖc tèt trong ®iÒu kiÖn b×nh th­êng còng nh­ sù cè. 2.4. TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MÁY BIẾN ÁP Tæn thÊt c«ng suÊt trong m¸y biÕn ¸p bao gåm hai thµnh phÇn: -Tæn thÊt s¾t kh«ng phô thuéc vµo phô t¶i cña m¸y biÕn ¸p vµ b»ng tæn thÊt kh«ng t¶i. -Tæn thÊt ®ång trong d©y dÉn phô thuéc vµo phô t¶i cña m¸y biÕn ¸p. 2.4.1.Phương án 1 Tổn thất điện năng hàng năm của mỗi máy biến áp bộ hai cuộn dây B1, B2 được tính theo công thức: DAbộ = DP0t + DPNt, kWh Trong đó: DP0, DPN : Tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW. t : Thời gian vận hành của máy biến áp trong năm, h. SBđm : Công suất định mức của máy biến áp, MVA. Sbộ : Công suất tải của máy biến áp bộ, MVA. Do máy biến áp B1 và B2 luôn làm việc bằng phẳng với công suất truyền tải Sbộ=57.5 MVA suốt cả năm với t = 8760 h nên: DAbộ = DAB1= DAB2 = 70 8760 + 310 8760 = 2016.083103 kWh. Tổn thất điện năng của bộ 2 máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 được tính theo công thức: DATN= 2DP0t+365[DPN(C)DPN(H)+DPN(T)] Trong đó: DP0: Tổn thất không tải của mỗi máy, DP0= 75 kW DPN(C): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây cao áp của mỗi máy, kW. DPN(H): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây hạ áp của mỗi máy, kW. DPN(T): Tổn thất ngắn mạch trong cuộn dây trung áp của mỗi máy, kW. SCC(ti), SCT(ti), SCH(ti): Công suất tải qua các phía cao, trung, hạ của cả bộ 2 máy biến áp tự ngẫu ở thời điểm ti ®· tÝnh ®­îc ë phÇn ph©n bè c«ng suÊt, MVA. Trước tiên tính DPN(C), DPN(T), DPN(H): DPN(C) = 0.5(DPN(C-T) + DPN(C-H) -DPN(T-H) ) DPN(T) = 0.5(DPN(C-T) +DPN(T-H) -DPN(C-H) ) DPN(H) = 0.5(DPN(C-H) +DPN(T-H) - DPN(C-T) ) Thay số liệu từ bảng thông số của máy biến áp tự ngẫu (bảng 2.3) vào tính toán được: DPN(C) = (290 + 145-145) = 145 kW DPN(T) = (290 + 145-145) = 145 kW DPN(H) = (145+145-290) =0 Từ bảng phân bố công suất qua các cuộn dây của mỗi máy biến áp tự ngẫu (bảng 2.2), thay số liệu vào công thức trên sẽ tính được tổn thất điện năng trong bộ 2 máy biến áp tự ngẫu trong từng khoảng thời gian có phụ tải khác nhau. Ví dụ trong khoảng thời gian t1= 4h (t._.ừ 0- 4h), SCC(t1)=29.1 MVA, SCT(t1)= -15MVA, SCH(t1)= 14.1 MVA. Tổn thất điện năng trong bộ 2 máy biến áp tự ngẫu là: DATN (t1)= 2DP0365ti+ 365[DPN(C)DPN(H)+ DPN(T)] DATN (t1)= 2753654 +365[1454+1454+0]= 226.261103 , kWh Tính toán tương tự như trên, tổn thất điện năng hàng năm trong bộ 2 máy biến áp tự ngẫu tính theo từng khoảng thời gian trong ngày được cho trong bảng sau. Bảng 2.5. Tổn thất điện năng mỗi năm trong các máy biến áp tự ngẫu theo từng khoảng thời gian trong ngày. Thờigian, h 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SCC(t), (MVA) 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 SCT(t), (MVA) -15 -9.6875 -9.6875 -9.6875 -15 -15 -4.375 -17.65625 -17.65625 SCH(t), (MVA) 14.1 14.1 13 30.85 28.65 40.55 48.15 50.35 20.6 DATN (t), 103 kWh 248.043 118.438 117.745 133.036 138.363 154.357 294.278 176.385 267.106 Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp tự ngẫu: DATN = DATN (t1)+ DATN (t2)+ DATN (t3)+ DATN (t4)+ DATN (t5)+ DATN(t6) + DATN (t7)+ DATN (t8)+ DATN (t9) = 248.043+ 118.438+ 117.745+ 133.036+ 138.363+ 154.357+ 294.278 + 176.385+ 267.106 = 1647.752103 kWh Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong tất cả các máy biến áp của phương án 1 là: DAå = DAB1 + DAB2 + DATN = 22016.08+ 1647.752 = 5679.918103 kWh 2.4.1. Phương án 2 Tổn thất điện năng hàng năm của máy biến áp bộ hai cuộn dây: DAbộ = 708760 + 310 8760 = 2016.083103 kWh. Tổn thất điện năng của bộ 2 máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 được tính hoàn toàn như phần trên. Trước tiên tính DPN(C), DPN(T), DPN(H): DPN(C) = (380 + 190-190) = 190 kW DPN(T) = (380 + 190-190) = 190 kW DPN(H) = (190+190-380) =0 Từ bảng phân bố công suất qua các cuộn dây của mỗi máy biến áp tự ngẫu (bảng 2.2), thay số liệu vào công thức trên sẽ tính được tổn thất điện năng trong bộ 2 máy biến áp tự ngẫu trong từng khoảng thời gian có phụ tải khác nhau. Tính toán hoàn toàn tương tự như phương án 1, số liệu tính toán được cho trong bảng sau. Bảng 2.6. Tổn thất công suất mỗi năm trong các máy biến áp tự ngẫu theo từng khoảng thời gian trong ngày. Thờigian, (h) 0-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-18 18-20 20-24 SCC(t), (MVA) 13.75 19.0625 19.0625 19.0625 13.75 13.75 24.375 11.09375 11.09375 SCT(t), (MVA) 29.1 23.7875 22.6875 40.5375 43.65 55.55 52.525 68.00625 38.25625 SCH(t), (MVA) 42.85 42.85 41.75 59.6 57.4 69.3 76.9 79.1 49.35 DATN (t), 103 kWh 270.649 134.169 133.615 145.844 146.795 159.586 320.866 175.548 282.585 Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp tự ngẫu: DATN = DATN (t1)+ DATN (t2)+ DATN (t3)+ DATN (t4)+ DATN (t5)+ DATN(t6) + DATN (t7)+ DATN (t8)+ DATN (t9) = 270.649+ 134.169+ 133.615+ 145.844+ 146.795+ 159.586+ 320.866 + 175.548+ 282.585 = 1769.658103 (kWh) Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong tất cả các máy biến áp của phương án 2 là: DAå = DAB1 + DAB2 + DATN = 2016.083+ 1769.658 = 3785.741103 kWh 2.5. TÍNH DÒNG ĐIỆN LÀM VIỆC CƯỠNG BỨC CỦA CÁC MẠCH Tình trạng làm việc cưỡng bức của mạng điện là tình trạng mà trong đó có một phần tử của mạng không làm việc so với thiết kế ban đầu. Một mạng điện gồm nhiều phần tử có thể có rất nhiều tình trạng cưỡng bức. Dòng điện lớn nhất vó thể đi qua thiết bị đang xét trong các tình trạng cưỡng bức của mạng được gọi là dòng điện cưỡng bức Icb của phần tử đó.Dòng điện làm việc bình thường và dòng điện cưỡng bức của 1 phần tử được gọi chung là dòng điện làm việc tính toán lâu dài. Thường dòng điện cưỡng bức có trị số lớn hơn dòng điện bình thường vì vậy dựa vào dòng điện này người trung áp có thể tiến hành chọn dây dẫn và các khí cụ điện có dòng điện đi qua. Dòng điện cưỡng bức được dùng để kiểm tra các khí cụ điện và dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài, tức là nó là cơ sở để xác định dòng định mức của các thiết bị và dòng điện cho phép của dây dẫn...Thông thường để đồng bộ trong vận hành ở các cấp UC, UT chỉ chọn các thiết bị cùng loại. 2.4.1. Tính dòng điện cưỡng bức cho phương án 1 Sơ đồ: Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm các đường dây: 2 kép 3.8MW 5 đơn 2 MW Để giảm dòng công suất tải qua các kháng phân đoạn và độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải địa phương, SUF được trích đều trên các phân đoạn của thanh góp 10 kV. C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p cao (220 kV) §­êng d©y kÐp nèi vÒ hÖ thèng: Phụ tải cực đại phát về hệ thống SVHTmax = 136.0125 MVA Dòng điện cưỡng bức qua dây dẫn là khi bị hỏng 1 đường dây: Icb1 = kA Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc TN1 và TN2: Công suất qua phía cao của máy biến áp liên lạc: - Chế độ thường: SCmax = 68.00625 MVA - Chế độ sự cố hỏng B1 (hoặc B2): SCCcb = 23.775 MVA - Chế độ sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu: SCCcb = 96.25 MVA Icb2 = = = 0.253 kA Vậy dòng cưỡng bức phía cao áp là Icb220 = max{Icb1, Icb2} = max{0.357, 0.253} = 0.353 kA. C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 110 kV Đường dây phụ tải trung áp: Gồm 1 dây kép và 4 dây đơn, trong tính toán coi tương đương 6 dây đơn. Pmax = 85 MW ; cosj = 0.8 ; SUTmax= 106.25 MVA Ibt = = = 0.093 kA Icb3 = 2Ibt = 2*0,093 = 0.186 kA Bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn: Icb5 = = 0.344 kA Phía trung áp các máy biến áp liên lạc B1 và B2: - Chế độ thường: STmax = 17.65625 MVA - Chế độ sự cố hỏng B1 (hoặc B2): STcb = 24.375 MVA. - Chế độ sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc: STcb = 8.75 MVA Icb4 = = = 0,128 kA Vậy dòng cưỡng bức ở cấp điện áp trung áp lấy là Icb110 = max{Icb3, Icb4, Icb5} = max{0.186, 0.128, 0.344}= 0.344 kA. Các mạch cấp điện áp 10 kV Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc: Icb7 = KqtSC.a = 1.40.5 = 4.81 kA Mạch máy phát: Icb6 = 1.05 = 1.05 = 3.61 (kA) Mạch qua kháng phân đoạn: Do phụ tải điện tự dùng và địa phương không lớn, chênh lệch giữa phụ tải cực đại và cực tiểu không nhiều nên để dơn giản trong tính toán trung áp chỉ xét đối với trường hợp phụ tải cực đại. Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn Icb8 được xét theo 2 trường hợp Trường hợp 1: Khi sự cố hỏng 1 máy biến áp liên lạc (TN1 hoặc TN2) Công suất tải qua máy biến áp tự ngẫu : SquaTN = KqtSC.a. STNđm = 1.40.5125 = 87.5 MVA Công suất qua kháng: SquaK = SquaTN + Std +-SFđm= = 87.5+ 20+- 62.5= 42.25 MVA Trường hợp 2: Xét sự cố một máy phát (MF1 hoặc MF2) SquaTN = (SFđm - SUF - Std) = (62.5 -22 - 20) = 17.75 MVA Lúc này công suất qua kháng là: SquaK = SquaTN + = 17.75 + = 30 MVA. Vậy dòng cưỡng bức qua kháng được xét khi sự cố một máy biến áp liên lạc: Icb8 = = 2.32 kA. Chọn kháng điện phân đoạn Chọn kháng điện phân đoạn theo điều kiện sau: UKđm ³ Umạng = 10 kV. IKđm ³ IcbK = 2.32 kA. Tra sổ tay “Lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô Hồng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -10-3000-10. Các thông số kỹ thuật của kháng điện này: Uđm =10 kV. IKđm = 3 kA. XK% = 10%. 2.4.2. Xác định dòng điện làm việc cưỡng bức cho phương án 2 Sơ đồ: Phụ tải cấp điện áp máy phát bao gồm các đường dây: 2 kép 3.8MW 5 đơn2 MW Để giảm dòng công suất tải qua các kháng phân đoạn và độ tin cậy cung cấp điẹn cho phụ tải địa phương, SUF được trích nhiều nhất trên phân đoạn giữa của thanh góp 10 kV. C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 220 kV §­êng d©y kÐp nèi vÒ hÖ thèng: Phụ tải cực đại phát về hệ thống SVHTmax = 136.0125 MVA Dòng điện cưỡng bức qua dây dẫn là khi bị hỏng 1 đường dây: Icb1 = kA Phía cao áp máy biến áp tự ngẫu liên lạc TN1 và TN2: Công suất qua phía cao của máy biến áp liên lạc: - Chế độ thường: SCmax = 24.375 MVA - Chế độ sự cố hỏng máy biến áp bộ: SCcb = 16.275 MVA - Chế độ sự cố hỏng 1 máy biến áp tự ngẫu: SCcb = 63.25 MVA Icb2 = = = 0.166 kA Vậy dòng cưỡng bức phía cao áp là Icb220 = max{Icb1, Icb2} = max{0.357, 0.166} = 0.357 kA. C¸c m¹ch cÊp ®iÖn ¸p 110 kV Đường dây phụ tải trung áp: Gồm 1 dây kép và 4 dây đơn, trong tính toán coi tương đương 6 dây đơn. PUTmax = 85 MW ; cosj = 0.8 ; SUTmax= 106.25 MVA Ibt = = = 0.093 kA Icb3 = 2Ibt = 20.093 = 0.186 kA Bộ máy phát điện - máy biến áp hai dây quấn: Icb5 = = 0.344 kA Phía trung áp các máy biến áp liên lạc TN1 và TN2: - Chế độ thường: SCTmax = 19.00625 MVA - Chế độ sự cố hỏng máy biến áp bộ: STcb = 53.125 MVA. - Chế độ sự cố hỏng một máy biến áp liên lạc: STcb = 48.75 MVA Icb4 = = = 0.279 kA Vậy dòng cưỡng bức ở cấp điện áp trung áp lấy là Icb110 = max{Icb3, Icb4, Icb5} = max{0.186, 0.279, 0.344}= 0.344 kA. Các mạch cấp điện áp 10 kV Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc: Icb7 = KqtSC.a = 1.4 0.5 = 8.798 kA Mạch máy phát: Icb6 = 1.05 = 1.05 = 3.61 (kA) Mạch qua các kháng phân đoạn: Dòng cưỡng bức qua kháng phân đoạn Icb8 được xét theo 2 trường hợp Trường hợp 1: Khi sự cố hỏng 1 máy biến áp liên lạc (TN1 hoặc TN2) Công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu: SquaTN = KqtSC.a. STNđm = 1.40.5160 = 112 MVA Công suất qua kháng: SquaK = SquaTN + Std +-SFđm= = 112+ 20+- 62.5= 61.875 MVA Trường hợp 2: Khi sự cố một máy phát (MF1 hoặc MF3) Công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu: SquaTN = (2SFđm -Std - SUF )= (262.5- 20-22)= 46.5 MVA Công suất qua kháng: SquaK = SquaTN-= 46.5-= 39.125 MVA Vậy dòng cưỡng bức qua kháng được xét khi sự cố máy biến ápTN1 (hoặc TN2) Icb8 = = 3.57 kA Chọn kháng điện phân đoạn Chọn kháng điện phân đoạn theo điều kiện sau: UKđm ³ Umạng = 10 kV. IKđm ³ IcbK = 3.57 kA. Tra sổ tay “Lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” (Ngô Hồng Quang, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002), bảng7.7, trang 368, chọn kháng điện bê tông có cuộn dây bằng nhôm loại PБA -10-4000-10. Các thông số kỹ thuật của kháng điện này: Uđm =10 kV. IKđm = 4 kA. XK% = 10% Từ các tính toán cụ thể ở trên, lập bảng tính dòng điện cưỡng bức cho các phương án. Bảng 2.8. Dòng điện cưỡng bức đi qua các mạch điện của phương án 2. Dòng cưỡng bức , kA , kA , kA , kA , kA Phương án 1 0.353 0.344 4.81 3.61 2.32 Phương án 2 0.357 0.344 8.798 3.61 3.57 : dòng cưỡng bức cấp điện áp cao (220 kV) : dòng cưỡng bức cấp điện áp trung (110 kV) : dòng cưỡng bức qua phía hạ áp máy biến áp liên lạc(10.5 kV). : dòng cưỡng bức qua máy phát (10.5 kV). : dòng cưỡng bức qua kháng (10.5 kV). CHƯƠNG III TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để chọn các khí cụ điện của nhà máy đảm bảo các tiêu chuẩn ổn định động, ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch dùng để tính toán, lựa chọn các khí cụ điện và dây dẫn là dòng ngắn mạch ba pha. 3.1. CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN Để thuận tiện cho việc tính toán ta dùng phương pháp gần đúng với đơn vị tương đối cơ bản. Chọn các đại lượng cơ bản: Scb = 100 MVA Ucb = Utb các cấp điện áp. Cụ thể: đối với cấp điện áp máy phát (10 kV) là Ucb = U= 10.5 kV đối với cấp điện áp trung (110 kV) là Ucb = U = 115 kV đối với cấp điện áp cao (220 kV) là Ucb = U = 230 kV Dòng điện cơ bản ở cấp điện áp 10 kV I = = 5.499 kA Dòng điện cơ bản cấp điện áp 110 kV I = = 0.502 kA Dòng điện cơ bản cấp điện áp 220 kV I = = 0.251 kA 3.2. TÍNH CÁC DÒNG NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN 1 3.2.1. Chọn các điểm tính toán ngắn mạch Như đã đề cập ở trên, việc tính toán các dòng ngắn mạch là để lựa chọn các khí cụ điện, dây dẫn...Vì vậy trong sơ đồ nối điện của nhà máy cần phải lựa chọn các điểm cụ thể để tính dòng ngắn mạch phục vụ cho lựa chọn các thiết bị điện mà dòng ngắn mạch đi qua.Trong sơ đồ này phải chọn 7 điểm để tính ngắn mạch. Điểm N1: Chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Điểm N2: Chọn khí cụ điện cho mạch 110 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Điểm N3: Chọn máy cắt điện cho mạch hạ áp máy biến áp tự ngẫu. Nguồn cung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu TN1 nghỉ. Điểm N4: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát. Nguồn cung cấp là máy phát điện F1. Điểm N4’: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát, nguồn cung cấp là toàn bộ nhà máy và hệ thống trừ máy phát MF1. Điểm N5: Chọn khí cụ điện cho mạch phân đoạn điện áp 10 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. Điểm N6: Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng IN6 = IN4 + IN4’ 3.2.2. Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản Điện kháng của hệ thống là: XHT = XHTđm = 0.0283 Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống: Đường dây nối nhà máy với hệ thống là đường dây quan trọng nhất, điện kháng của dây dẫn này lấy là x0 ≈ 0.4 Ω/km. XD = x0.L = *0.486 = 0.0325 Điện kháng của mỗi máy phát điện: XF = X’’d = 0.1336 = 0.2138 Điện kháng của kháng điện: XK = = 0.1833 Điện kháng của máy biến áp hai dây quấn: XB = = 0.1313 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 Điện kháng cuộn cao: XC = (UN(C-T) + UN(C-H) – UN(T-H) ) = (11 + 32 - 20) = 0.092 Điện kháng cuộn hạ: XH = (UN(C-H) + UN(T-H) - UN(C-T) ) = (20 + 32 - 11) = 0.164 Điện kháng cuộn trung: XT = (UN(C-T) + UN(T-H) - UN(C-H) ) = (11 + 20 - 32) = - 0.004 < 0 Vì XT = - 0,004 < 0 và có giá trị tuyệt đối không đáng kể so với XC và XH Þ để đơn giản trong tính toán có thể bỏ qua điện kháng cuộn trung. 3.2.3. Lập sơ đồ thay thế tính ngắn mạch Sơ đồ thay thế tổng quát để tính ngắn mạch như hình dưới đây. X1 = XHT + XD = 0.0283+0.0325 = 0.0608 X2 = X3 = XC = 0.092 X4 = X5 = XH = 0.164 X6 = XK = 0.1833 X7 = X8 = XB = 0.1313 X9 = X10 = X11 = X12 = XF = 0.2138 X13 = (X7 + X11) // (X8 + X12 ) = = 0.1726 Sơ đồ rút gọn. Tính dòng ngắn mạch tại N1. Ngắn mạch tại N1 , sơ đồ có tính chất đối xứng nên dòng ngắn mạch không đi qua kháng điện. Vậy trong sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại N1 có thể bỏ qua kháng điện. X14 = X2 // X3 = = 0.046 X15 = X4 // X5 = = 0.082 X16 = X9 // X10 = = 0.1069 Sơ đồ rút gọn Ghép các nguồn E1,2 và E3,4: X17 = X15 + X16 = 0.082 + 0.1069 = 0.1889 X18 = X17 // X13 = = 0.0902 X19 = X18 + X14 = 0.0902 + 0.046 = 0.1362 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X1 = 0.0608 = 1.4603 Tra đường cong tính toán được : K(0) = 0.685 ; K (¥) = 0.75 Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống: I”HT(0) = K(0) = 0.685 = 4.127 kA I”HT(¥) = K (¥) = 0.75 = 4.518 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy quy đổi về hệ tương đối định mức: XttNM.đm= X19 = 0.1362 = 0.3405 Tra đường cong tính toán được: K(0) = 2.95 ; K (¥) = 2.15 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 2.95 = 1.851 kA I”NM(¥) = K(¥ ) = 2.15 = 1.349 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1 là: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.127 + 1.851= 5.978 kA I”N1(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4.518 + 1.349 = 5.868 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N1 là: ixk = KxkI”N1(0) Trong đó: Kxk : hệ số xung kích, lấy Kxk= 1.8 ixk= 1.85.978 = 15.218 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ của điểm ngắn mạch N1 ta có sơ đồ rút gọn cho điểm ngắn mạch N2 X20 = X1 + X14 = 0.0608 + 0.046 = 0.1068 Ghép các nguồn E1,2 và E3,4 : X21 = X13 // X17 = = 0.0902 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X20 = 0.1608 = 3.8592 Do XttHT.đm = 3.8592 > 3 nên điểm ngắn mạch được coi là xa nguồn và dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = = 3.122 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X21 = 0.0902 = 0.2255 Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 4.6; K¥ = 2.45 -Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 4.6 = 5.774 kA I”NM(¥) = K(¥ ) = 2.45 = 3.075 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2 là: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3.122 + 5.774 = 8.896 kA I”N2(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 3.122 + 3.075 = 6.197 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N2 là: ixk = Kxk I”N2(0) = 1.88.896 = 22.645 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Nguồn cung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu TN1 nghỉ. Sơ đồ thay thế X22 = X1 + X3 = 0.0608+ 0.092= 0.1528 Sơ đồ sau khi đã biến đổi: Biến đổi Y( X22, X5, X13) sang D thiếu (X23, X24) X23 = X22 + X5 + = 0.1528 + 0.164 + = 0.4621 X24 = X5 + X13 + = 0.164 + 0.1726 + = 0.5217 Sơ đồ rút gọn: Ghép E2 vào E3,4: X25 = X10 // X24 = = = 0.1517 Biến đổi Y( X25, X23, X6) sang D thiếu (X26, X27): X26 = X6 + X23 + = 0.1833 + 0.4621 + = 1.204 X27 = X6 + X25 + = 0.1833 + 1.204 + = 0.3951 Ghép E1 vào E2,3,4 X28 = X9 // X27 = = = 0.1387 Ta có sơ đồ rút gọn sau cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X26 = 1.204* = 28.896 Do XttHT.đm = 28.896 > 3 nên được coi là ngắn mạch xa nguồn và dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = = 4.567 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X28 = 0.1387 = 0.3468 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 2.85 ;K(¥ )= 2.17 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 2.85 = 39.177 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 2.17 = 29.83 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 là: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.567+ 39.177 = 43.744 kA I”N3(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4.567+ 29.83 = 34.397 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N3 là: ixk = KxkI”N3(0) =*1.8*43.744 = 111.355 kA Tính dòng ngắn mạch tại N4 Vì nguồn cung cấp chỉ có máy phát F1 nên sơ đồ thay thế: - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X9 = 0.2138 = 0.1336 Tra đường cong tính toán được: K(0) = 7.5 ; K(¥) = 2.7 Dòng ngắn mạch tại N4 I”NM(0) = K(0) = 7.5 = 25.775 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 2.7 = 9.279 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4 là: ixk = KxkI”N4(0) =*1.8*25.775 =65.612 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4’ Từ sơ đồ trên, rút gọn X29 = X1 + X2 // X3 = X1 + = 0.0608 + = 0.1068 Biến đổi D(X4, X5, X6) thành sao Y (X30, X31, X32) X30 = = 0.0526 X31 = = 0.0588 X32 = = 0.0588 Sơ đồ rút gọn X33 = X32 + X10 = 0.0588+ 0.2138 = 0.2726 Biến đổi sao Y (X29, X30, X13) thành D thiếu (X34, X35) X34 = X29 + X30 + = 0.1068 + 0.0526 + = 0.192 X35 = X30 + X13 + = 0.0526 + 0.1726 + = 0.3101 Ghép E2 vào E3,4: X36 = X33 // X35 = = 0.1451 Sơ đồ còn lại Biến đổi sao Y (X31, X34, X36) thành D thiếu (X37, X38) X37 = X31 + X34 + = 0.0588 + 0.192 + = 0.3286 X38 = X31 + X36 + = 0.0588 + 0.1451+ = 0.2483 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X37 = 0.3286* = 7.8864 Do XttHT.đm = 7.8864 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = * = 16.733 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X38 = 0.2483 = 0.8208 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1.21 ; K(¥ )= 1.32 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 1.21 = 12.475 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 1.32 = 13.609 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N4’ là: I”N4’(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 16.733 + 12.475 = 29.208 kA I”N4’(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 16.733 + 13.609 = 30.342 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4’ là: ixk = KxkI”N4’(0) =*1.8*29.208 = 74.352 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N5 Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. Dựa vào kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ tính cho điểm ngắn mạch N3 bỏ đi máy phát MF1, được sơ đồ: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X26 = 1.204* = 28.896 Do XttHT.đm = 28.896 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = * = 4.567 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X27 = 0.3951 = 0.9878 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1 ;K(¥ )= 1.15 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 1 = 10.31 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 1.15 = 11.856 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N5 là: I”N5(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.567 + 10.31 = 14.877 kA I”N5(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4.567 + 11.856 = 16.423 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N5 là: ixk = KxkI”N5(0) =*1.8*14.877 = 37.87 kA Tính toán điểm ngắn mạch N6 I’’N6(0) = I’’N4(0) + I’’N4’(0) = 25.775 + 29.208 = 54.983 kA I’’N6(¥) = I’’N4(¥) + I’’N4’(¥) = 9.279 + 30.342 = 39.621 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N6 là: ixk = KxkI”N3(0) =*1.8*54.983 = 139.964 kA Kết quả tính toán ngắn mạch của phương án 1 được tổng hợp trong bảng dưới đây: Bảng 2.6. Tính toán ngắn mạch cho phương án 1. Cấp điện áp, kV Điểm ngắn mạch I”(0), kA I”(¥) , kA ixk , kA 220 N1 6.189 5.868 15.754 110 N2 8.896 6.197 22.645 10 N3 43.744 34.397 111.355 N4 25.775 9.279 65.612 N4’ 29.208 30.342 74.352 N5 14.877 16.423 37.87 N6 54.983 39.621 139.964 Qua các số liệu đã tính toán được trong bảng trên ta thấy, dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đầu cực máy phát là I”F = max{I”N4; I”N4’ }= I”N4’= 29.208 kA . 3.3. TÍNH CÁC DÒNG NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN 2 3.3.1. Chọn các điểm tính toán ngắn mạch Trong sơ đồ này phải chọn 7 điểm để tính ngắn mạch. Điểm N1: Chọn khí cụ điện cho mạch 220 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Điểm N2: Chọn khí cụ điện cho mạch 110 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống. Điểm N3: Chọn máy cắt điện cho mạch hạ áp máy biến áp tự ngẫu. Nguồn cung cấp là nhà máy và hệ thống khi máy biến áp tự ngẫu TN1 nghỉ. Điểm N4: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát. Nguồn cung cấp là máy phát điện F1. Điểm N4’: Chọn máy cắt điện cho mạch máy phát, nguồn cung cấp là toàn bộ nhà máy và hệ thống trừ máy phát MF1. Điểm N5: Chọn khí cụ điện cho mạch phân đoạn điện áp 10 kV. Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. Điểm N6: Chọn khí cụ điện cho mạch tự dùng IN6 = IN4 + IN4’ 3.3.2. Tính điện kháng các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản Điện kháng của hệ thống: XHT = XHTđm = 0.0283 Điện kháng của đường dây kép nối với hệ thống: Đường dây nối nhà máy với hệ thống là đường dây quan trọng nhất, điện kháng của dây dẫn này lấy là x0 ≈ 0.4 Ω/km. XD = x0.L = *0.4*86 = 0.0325 Điện kháng của máy phát điện: XF = X’’d = 0.1336 = 0.2138 Điện kháng của kháng điện: XK = = 0.1375 Điện kháng của máy biến áp hai dây quấn: XB = = 0.1313 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu TN1, TN2 Điện kháng cuộn cao: XC = (UN(C-T) + UN(C-H) – UN(T-H) ) = (11 + 32 - 20) = 0.0719 Điện kháng cuộn hạ: XH = (UN(C-H) + UN(T-H) - UN(C-T) ) = (20 + 32 - 11) = 0.1281 Điện kháng cuộn trung: XT = (UN(C-T) + UN(T-H) - UN(C-H) ) = (11 + 20 - 32) = - 0.003 < 0 Vì XT = - 0.003 < 0 và có giá trị tuyệt đối không đáng kể so với XC và XH Þ để đơn giản trong tính toán có thể bỏ qua điện kháng cuộn trung. 3.2.3. Lập sơ đồ thay thế tính ngắn mạch Sơ đồ thay thế tổng quát để tính ngắn mạch như hình dưới đây. X1 = XHT + XD = 0.0283+0.0325 = 0.0608 X2 = X3 = XC = 0.0719 X4 = X5 = XH = 0.1281 X6 = X7 = XK = 0.1375 X8 = XB = 0.1312 X9 = X10 = X11 = X12 = XF = 0.2138 Tính dòng ngắn mạch tại N1. Vì ngắn mạch tại điểm N1 sơ đồ có tính chất đối xứng nên dòng ngắn mạch không đi qua kháng điện. Vậy trong sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại N1có thể bỏ qua kháng điện. X13 = X2 // X3 = = 0.036 X14 = X4 // X5 = = 0.0641 X15 = X6 // X7 = = 0.0688 X16 = X9 // X11 = = 0.1069 X17 = X8 + X12 = 0.1312+ 0.2138 = 0.3451 Sơ đồ rút gọn Ghép các nguồn E1,3 và E2 được: X18 = X15 + X10 = 0.0688 + 0.2138 = 0.2826 X19 = X16 // X18 = = 0.0776 X20 = X14 + X19 = 0.0641 + 0.0776 = 0.1416 Ghép các nguồn E1,2,3 và E4 ta có: X21 = X20 // X17 = = 0.1004 X22 = X21 + X13 = 0.1004 + 0.036 = 0.1364 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy đổi về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X1 = 0.0608 = 1.4603 Tra đường cong tính toán được : K(0) = 0.685 ; K (¥) = 0.75 Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống: I”HT(0) = K(0) = 0.685 = 4.127 kA I”HT(¥) = K (¥) = 0.75 = 4.518 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy quy đổi về hệ tương đối định mức: XttNM.đm= X19 = 0.1364 = 0.341 Tra đường cong tính toán ta được: K(0) = 2.9 ; K (¥) = 2.17 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 2.9 = 1.82 kA I”NM(¥) = K(¥ ) = 2.17 = 1.362 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N1 là: I”N1(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 4.127 + 1.82 = 5.947 kA I”N1(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 4.518 + 1.362 = 5.88 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N1 là: ixk = KxkI”N1(0) = *1.8*5.947 = 15.138 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 Theo kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ của điểm N1 ta được sơ đồ rút gọn cho điểm N2 X23 = X1 + X13 = 0.0608 + 0.036 = 0.0968 Ghép các nguồn E1,3 và E2: X24 = X15 + X10 = 0.1069+ 0.2138= 0.2826 X25 = X16 // X24 = = 0.0776 X26 = X25 + X14 = 0.0776 + 0.0641 = 0.1416 Ghép các nguồn E1,2,3 và E4 ta có: X27 = X17 // X26 = = 0.1004 Sơ đồ rút gọn - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống quy về hệ tương đối định mức: XttHT.đm = X23 = 0.0968 = 2.3232 Tra đường cong tính toán được : K(0) = 0.42 ; K (¥) = 0.445 Dòng ngắn mạch nhánh hệ thống: I”HT(0) = K(0) = 0.42 = 5.061 kA I”HT(¥) = K (¥) = 0.445 = 5.362 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X27 = 0.1004 = 0.251 Tra đường cong tính toán ta được: K0 = 2.97; K¥ = 2.37 -Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 2.97 = 3.728 kA I”NM(¥) = K(¥ ) = 2.37 = 2.975 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N2 là: I”N2(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 5.061 + 3.728 = 8.788 kA I”N2(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 5.362 + 2.975 = 8.336 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N2 là: ixk = Kxk I”N2(0) = *1.8*8.788 = 22.371 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 Biến đổi sơ đồ: X28 = X1 + X3 = 0.0608 + 0.0719 = 0.1327 X29 = X8 + X12 = 0.1313 + 0.2138 = 0.3451 Nhập E2 và E3 rồi biến đổi D ( X10, X7, X11) sang Y (X30, X31, X32 ) ta có: X30 = = 0.052 X31 = = 0.052 X32 = = 0.0809 Sơ đồ rút gọn Biến đổi tiếp: X33 = X5 + X31 = 0.1281 + 0.052 = 0.1801 X34 = X6 + X30 = 0.1375+ 0.052 = 0.1895 Biến đổi Y( X28, X29, X33) thành D thiếu (X35, X36) ta có: X35 = X28 + X33 + = 0.1327 + 0.1801 + = 0.3822 X36 = X29 + X33 + = 0.3451 + 0.1801 + = 0.9935 Sơ đồ còn lại: X37 = X32 // X36 = = = 0.0748 Biến đổi Y( X34, X35, X37) thành D thiếu (X38, X39) ta có: X38 = X34 + X35 + = 0.1895+ 0.3822 + = 1.54 X39 = X34 + X37 + = 0.1895 + 0.0748 + = 0.3014 Ghép các nguồn E1 và E2,3,4: X40 = X39 // X9 = = = 0.1251 Sơ đồ rút gọn cuối cùng - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X38 = 1.54* = 36.26 Do XttHT.đm = 36.26 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = =3.639 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM.đm= X40 = 0.1251 = 0.3123 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 3.2 ;K(¥ )= 2.23 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy: I”NM(0) = K(0) = 3.2 = 3.639 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 2.23 = 30.655 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 là: I”N3(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3.639 + 35.741 = 47.627 kA I”N3(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 3.639 + 30.655 = 34.293 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N3 là: ixk = KxkI”N3(0) =*1.8*47.627 = 121.24 kA Tính dòng ngắn mạch tại N4 Víi nguån cung cÊp chỉ cã m¸y ph¸t MF1, ta ®· cã kÕt qu¶ tÝnh to¸n nh­ ë ph­¬ng ¸n 1 Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N4 là: I”N4(0) = 25.775 kA I”N4(¥) = 9.279 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4 là: ixk = 65.612 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4’ Áp dụng các kết quả tính toán và biến đổi trên, nhập E2 và E3 rồi biến đổi D ( X10, X7, X11) sang Y (X30, X31, X32 ) ta đã có: X30 = X31 = 0.052 X32 = 0.0809 Biến đổi tiếp: X40’ = X6 + X30 = 0.1375+ 0.052 = 0.1895 X41 = X5 + X31 = 0.1281 + 0.052 = 0.1801 X42 = X1 + X2 // X3 = X1 + = 0.0608 + = 0.0968 Vậy sơ đồ còn lại: Biến đổi D(X4, X40’, X41) thành Y(X43, X44, X45) X43 = = 0.0488 X44 = = 0.0464 X45==0.0686 X46 = X45 + X32 = 0.0686 + 0.0809 = 0.1495 Sơ đồ rút gọn: Biến đổi sao Y(X42, X17, X44) thành D thiếu (X47, X48) X47 = X42 + X44 + = 0.0968 + 0.0464 + = 0.1562 X48 = X44 + X17 + = 0.0464 + 0.3451+ = 0.5567 X49 = X46 // X48 = = 0.1178 Sơ đồ còn lại: Biến đổi Y(X43, X47, X49) thành D thiếu (X50, X51): X50 = X43 + X47 + = 0.0488 + 0.1562 + = 0.2696 X51 = X43 + X49 + = 0.0488 + 0.1178 + = 0.2034 Sơ đồ rút gọn cuối cùng: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống: XttHT.đm = X50 = 0.2696* = 6.4584 Do XttHT.đm = 7.8864 > 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = * = 20.433 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy: XttNM.đm= X51 = 0.2034 = 0.5083 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1.96 ; K(¥ )= 1.8. Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy: I”NM(0) = K(0) = 1.96 = 20.207 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 1.8 = 18.558 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N4’ là: I”N4’(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 20.433 + 20.207 = 40.64 kA I”N4’(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 20.433 + 18.558 = 38.991 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N4’ là: ixk = KxkI”N4’(0) =*1.8*40.64 = 103.454 kA Tính dòng ngắn mạch tại điểm N5 Nguồn cung cấp là nhà máy điện và hệ thống điện khi máy biến áp tự ngẫu TN1 và máy phát MF1 nghỉ. Dựa vào kết quả tính toán và biến đổi sơ đồ tính cho điểm ngắn mạch N3 bỏ đi máy phát MF1, được sơ đồ: - Điện kháng tính toán của nhánh hệ thống XttHT.đm = X38 = 1.54* = 36.26 Do XttHT.đm = 36.2664> 3 nên dòng ngắn mạch nhánh hệ thống được tính theo công thức: I”HT(0) = I”HT(¥) = = = 3.639 kA - Điện kháng tính toán của nhánh nhà máy XttNM.đm= X39 = 0.3014 = 0.7808 Tra đường cong tính toán được: K(0)= 1.26 ;K(¥ )= 1.37 Dòng ngắn mạch nhánh nhà máy I”NM(0) = K(0) = 1.26 = 12.99 kA I”NM(¥) = = K(¥ ) = 1.37 = 14.124 kA Dòng ngắn mạch tổng hợp tại N3 là: I”N5(0) = I”HT(0) + I”NM(0) = 3.639 + 12.99 = 16.629 kA I”N5(¥) = I”HT(¥) + I”NM(¥) = 3.639 + 14.124 = 17.763 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N5 là: ixk = KxkI”N3(0) =*1.8*16.629 = 42.331 kA Tính toán điểm ngắn mạch N6 I’’N6(0) = I’’N4(0) + I’’N4’(0) = 25.775 + 40.64 = 56.181 kA I’’N6(¥) = I’’N4(¥) + I’’N4’(¥) = 9.279 + 31.127 = 40.406 kA Dòng ngắn mạch xung kích tại điểm N6 là: ixk = KxkI”N3(0) =*1.8*56.181 = 143.013 kA Bảng 3.7. Tính toán ngắn mạch cho phương án 2 Cấp điện áp, kV Điểm ngắn mạch ._.